细胞外囊泡参与慢性阻塞性肺病发病机制

细胞外囊泡参与慢性阻塞性肺病发病机制

多种细胞衍生的细胞外囊泡（EVs）与慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）的发展密切相关。

上皮细胞

构成气道上皮的三种细胞类型——基底细胞、杯状细胞和纤毛细胞——形成基底柱状结构。气道上皮细胞作为呼吸系统的第一道防线，可防止和清除随空气进入气道的颗粒和异物，使进入肺泡的气体几乎是干净无菌的，这对于维持肺内稳态至关重要。此外，它还提醒附近的基质细胞和免疫细胞注意呼吸的感染和毒素。然而，长期暴露于有害刺激（如慢性吸烟者）会损害上皮细胞的完整性和功能。支气管上皮细胞是与CS等刺激物接触的主要部位，CS可诱导气道上皮损伤和修复，包括鳞状上皮细胞的趋化性和基底细胞的增殖。

根据早期的研究，吸烟可以通过刺激气道上皮细胞来源的EV来加速COPD的发展，通过转运miR-210，证明响应CS刺激而产生的人支气管上皮细胞来源的EV可以抑制自噬途径，进而显着促进肌成纤维细胞分化，并最终导致COPD的发病机制。一项研究表明，CS刺激的人支气管上皮来源的外泌体能够将miR-21加载到靶细胞，调节von Hippel-Lindau蛋白（pVHL）/缺氧诱导因子1（HIF-1）途径，并促进上皮间充质转化，这有助于COPD的气道重塑。长时间暴露于CS后，全长CCN1（flCCN1）作为外泌体分泌，分泌的纤维蛋白溶解酶在细胞外基质中将flCCN1转化为裂解的CCN1（cCCN1）。flCCN1促进白细胞介素（IL）-8和血管内皮生长因子（VEGF）的产生，IL-8介导的中性粒细胞募集促进香烟烟雾诱导的炎症，并通过VEGF分泌维持肺稳态。然而，cCCN1不像flCCN1那样起作用，flCCN1 主要促进基质金属蛋白酶（MMP）-40的产生。VEGF降低和MMP升高均有助于肺气肿的发生。最近的研究表明，CS暴露通过激活巨噬细胞和控制炎症介质的产生来增加COPD的炎症反应。此外，在体外COPD模型中，CS增加了人支气管上皮细胞分泌的EV量，通过上调髓系细胞-1（TREM-1）上表达的触发受体的表达，显著增加了M43型巨噬细胞的极化，最终加剧了炎症性肺损伤。一项有趣的研究还发现，在α-2抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）患者中，吸烟诱导的EV从气道上皮细胞释放会增加AATD巨噬细胞中CSF8、IL-1和α-44抗胰蛋白酶（AAT）聚集体（强效中性粒细胞螯合剂）的表达，从而促进肺部炎症和损伤。

内皮细胞

肺内皮细胞，也称为肺微血管内皮细胞，是肺的结构细胞，通常衬在发生物质交换的微血管内壁上。它们经常排列在发生材料交换的微血管内部。它们是血气屏障的关键部分，对于维持正常的生理和免疫功能、调节机体内部环境的稳定性以及调节疾病的开始、进展和缓解至关重要。颗粒、外泌体和凋亡囊泡只是肺内皮细胞能够释放的少数EV。称为循环内皮微粒的小膜结合囊泡可响应活化、损伤和/或凋亡从内皮细胞释放。它还可以作为细胞间通讯的工具。EMP对血管生成、内皮功能、凝血和炎症至关重要。此外，它们会响应包括内毒素和CS在内的多种刺激而升高。

肝细胞产生称为AATD的糖蛋白丝氨酸蛋白酶抑制剂，然后将其释放到血液中。虽然内皮细胞无法自行产生AAT，但它们可以内吞循环AATD，以保护肺部免受弹性蛋白酶、炎症和内皮细胞死亡的影响。此外，暴露于CS会大大降低内皮产生的EV中AATD的含量，导致抗胰蛋白酶转运到支气管上皮细胞的减少，从而有利于肺气肿的发展。

根据一些动物研究，CD42b-/CD31+EMPs可能作为CS暴露大鼠肺功能损害程度的潜在生物标志物，以及一项研究发现循环内皮衍生EV随着COPD严重程度的增加而增加。尽管有人提出内皮衍生EV可用于测量COPD的发生程度，但最近的一项临床研究发现，一旦考虑合并症，大多数测试的EMP与COPD疾病的长度或严重程度无关。

巨噬细胞

巨噬细胞对于人体器官和组织对外界入侵者和化学物质的先天性和适应性反应至关重要。与此类似，肺巨噬细胞是免疫监测、细胞碎片清除、气道监测和炎症缓解的关键参与者。它们是肺环境的典型免疫细胞。

研究表明，COPD患者气道、肺实质、支气管肺泡灌洗液和痰液中的巨噬细胞数量显著增加，与COPD的严重程度相关。巨噬细胞可释放多种促炎介质和抗炎介质，包括细胞因子、蛋白酶和蛋白酶抑制剂，可导致炎症和肺气肿以及伤口愈合、炎症产生和炎症消退。现有研究表明，在CS刺激的作用下，巨噬细胞可以释放富含MMP-14的基质微囊泡，促进肺组织蛋白水解并参与肺气肿的形成。

中性粒细胞

中性粒细胞来源蛋白酶与几种慢性炎症性肺疾病密切相关，抗蛋白酶屏障与中性粒细胞衍生蛋白酶之间的无序相互作用被认为与几种疾病的发病机制有关，COPD是一种通常由蛋白酶-抗蛋白酶失衡引起的肺部疾病，COPD是由蛋白酶-抗蛋白酶失衡引起的典型肺部疾病.既往一项研究表明，COPD患者的中性粒细胞衍生EV中存在活化弹性蛋白酶，进而诱导细胞外基质降解，最终导致COPD的发展。一项研究显示，除弹性蛋白酶外，中性粒细胞衍生的EV还可通过α-1抗胰蛋白酶耐药、中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）依赖性机制引起COPD。

T淋巴细胞

此外，COPD的病因可能涉及类似于内在免疫的适应性免疫反应。适应性免疫主要涉及T淋巴细胞，其免疫反应是细胞性的。细胞免疫的作用主要有两种形式：与靶细胞特异性结合后直接杀死靶细胞；另一种是淋巴因子的释放，最终放大和增强免疫作用。来自COPD患者的T淋巴细胞来源EV已被证明可刺激支气管上皮细胞（TNF、IL-6、MCP-1、MCP-2和MMP-12）释放促炎因子，抑制抗炎因子（IL-10）的合成，并引起气道炎症损伤。

细菌

革兰染色将细菌（所有生物体中最普遍）分为革兰氏阳性细菌和革兰氏阳性细菌，这两种细菌都会产生细菌衍生的EV，这些EV通过组成或受控条件到达细胞外环境。其中，细胞包膜的外膜，也称为外膜囊泡，产生源自革兰氏阴性细菌的EV。来自革兰氏阴性菌（包括大肠杆菌）的EV可通过促进依赖于IL-17A的中性粒细胞炎症而引起肺气肿。根据对小鼠的体外实验研究，肺炎链球菌可产生与EV相关的内吞脱氧核糖核酸酶，有助于逃逸中性粒细胞细胞外陷阱（NET）并挫败先天免疫系统。由于病毒或细菌可导致高达80%的COPD急性加重，因此细菌和病毒来源的EV可能是其发病机制的一部分。重要的是要记住，室内灰尘也含有来自微生物的EV，对动物的研究表明，这些EV可引起中性粒细胞性肺部炎症，从而导致肺气肿。其他研究表明，血清抗尘EVsIgG浓度升高是COPD的一个明显危险因素。

未来需要进一步的临床研究来确认EV在COPD病因学中的功能，因为目前的研究主要集中在细胞或动物模型上，尚未扩展到真正的COPD患者。

 （ANEXT安龄生物科技研发中心）

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